中国矿业大学银川学院
年产10000吨四氢呋喃工艺设计
化 学 工 程 系 精 细 化 学 专业
班级 10（2）班 学号 120100407165
题目名称 年产10000吨四氢呋喃工艺设计
学生姓名 李 绪 波 指导教师 李 鹏
设计时间：2013年12月6日～2014年3月19日
化工原理课程设计任务书
化学工程系 精细化工 班级 姓名学号 120100407165 设计题目：年生产10000t四氢呋喃的生产设计工艺 课程设计的目的与意义： 四氢呋喃是一类杂环有机化合物（C4H8O）。是最强的极性醚类之一，被称为万能溶剂。它是一种无色易挥发液体，有类似乙醚的气味。溶于水，并且能与乙醇、乙醚、丙酮、苯等多数有机溶剂互溶。 因此四氢呋喃在工业医药等方面有广泛的应用。 四氢呋喃自身可缩聚成聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）。PTMEG与甲苯二异氰酸酯（TDI）制成耐磨、耐油、低温性能好、强度高的特种橡胶等。 在有机合成方面，广泛用于生产四氢噻吩、2.3-二氯四氢呋喃、戊内酯、1.4-二氯乙烷、丁内酯以及吡咯烷酮等。 在医药工业方面，THF用于合成咳必清、黄体酮和一些激素药。THF经硫化氢处理生成四氢硫酚，被用作燃料气中的臭味剂（识别添加剂）。 THF还可用做合成革的表面处理剂，增加皮革的柔软度。 当然其主要作用还是用作溶剂、有机合成的原料 用作色谱分析试剂、有机溶剂及尼龙66中间体。四氢呋喃又名一氧五环、氧杂环戊烷、四亚甲基氧，是合成农药苯丁锡的中间体，另外，精密磁带和电镀工业的溶剂，还用于制己二腈、己二酸、己二胺、丁二酸、丁二醇、γ-丁内酯等。 由于四氢呋喃是一种重要的有机合成原料且是性能优良的溶剂，特别适用于溶解PVC、聚偏氯乙烯和丁苯胺，因此广泛用作表面涂料、防腐涂料、印刷油墨、磁带和薄膜涂料的溶剂，并用作反应溶剂，用于电镀铝液时可任意控制铝层厚度且光亮。 正是由于四氢呋喃有这么多的用处，因此四氢呋喃得到了广泛的使用，其商业价值也很大。因此如何才能生产高效率高品质的生产四氢呋喃，将会带来巨大的经济效益，满足社会巨大的需求。 1. 工艺操作条件： 年处理量：10000吨， 料液初温：30℃ 料液浓度：80%（四氢呋喃质量分率） 塔底产品浓度：99.9%（四氢呋喃质量分率） 塔顶釜液浓度：95%(以质量计) 每年实际生产天数：330天 （一年中有一个月检修） 精馏塔塔顶压强5Kpa （表压） 冷却水进口温度：30℃ 饱和水蒸气压力：0.4Mpa（表压） 设备型式：筛板塔 厂址：宁夏银川 课题设计任务： （1） 完成主题设备的工艺设计与计算； （2） 有关附属设备的设计和选型； （3） 绘制带控制点的工艺流程简图和主体设备的工艺条件图； （4）编写设计说明书。 指导教师 李鹏
2014 年 12 月 6 日
一． 设计任务和条件
（1） 年处理含四氢呋喃80%（质量分数）的四氢呋喃12500吨。
（2） 产品四氢呋喃含量99.9%。
（3） 残液中四氢呋喃含量不高于0.1%。 （4） 操作条件：
精馏塔的塔顶压力 5kpa（表压） 进料状态 气象进料 料液初温 65℃ 冷却水温度 30℃ 加热蒸汽压力 0.4Mpa （5）设备型式 筛板塔 （6）厂址 宁夏银川
二．设计计算
（一）设计方设计方案的确定案的确定
本设计任务为四氢呋喃和水混合物。应采变压共沸的连续精馏装置。本设计采用气象进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后进入储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算
1.原料液原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分数及塔顶，塔底产品的摩尔分数 四氢呋喃的摩尔质量 MA=72kg/kmol 水的摩尔质量 MB=18kg/kmol
xF= (0.8/72)/(0.8/72?0.2/18)?0.5 xD=(0.2/18)/(0.2/18?0.8/72)?0.5 xW=0.02/78?0.98/92=0.024
2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.8×72+0.2×18=61.2
MD=0.955×72+0.045×18=68.84 MW=0.001×72+0.999×18=18.05 MF=0.955×72+0.045×18=68.84 MD=0.9×72+0.1×18=66.6 MW=99.9×72+0.1×18=71.96
3.物料衡算
0.02/781.25?107原料液处理量 qn，F==20.63kmol/h
330?24?61.2?1.25总物料衡算 20.63=qn，D+qn，W
四氢呋喃物料衡算 20.63×0.8=0.999×qn,D+0.001×qn,W 联立解得 qn，D=16.50 kmol/h qn，W=4.13 kmol/h
(三)塔板数的确定
1.理论板层数NT的确定 四氢呋喃-呋喃属理想体系
x-y图
(2)求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e（0.59，0.59）作垂线ef即为q线，该线与平衡线的交点坐标为yq=0.775,xq=0.590。 故最小回流比为
xD?yq Rmin=yq?xq=1.12
取操作回流比为
R=1.5Rmin=1.5×1.12=1.68 （3）求精馏塔的气、液相负荷
qn,L=Rqn,D=1.68×20.13=33.82kmol/h
qn,v=(R+1)qn,D=(1.68+1)×20.13=53.95kmol/h qn,L’=qn,L+qn,F=87.77kmol/h qn,v’=qn,v=53.95kmol/h (4)操(4)操作线方程 作线方程
精馏段操作线方程为
qn,Dqn,L y=qn,Vx+qn,VxD=0.627x+0.187 提馏段操作线方程为